石膏模具的重要价值及制作工艺

2022-01-10汤治军产奇红

鞍山师范学院学报 2021年6期

关键词：陶瓷产品石膏成型

汤治军，产奇红，高原

(1.合肥科技职业学院人文艺术系,安徽合肥 231201；2.鞍山师范学院美术学院,辽宁鞍山 114007)

1 石膏模具

1.1 石膏模具的概念

石膏模具是一种可以用来翻制石膏像的母模，因常用石膏粉为原料做出来的像为石膏像，所以称这种可以做石膏像的母模为石膏模具.石膏模具一般还需要用橡胶、乳胶、树脂等不同的复合材料进行辅助配合成型.

1.2 石膏模具区别于传统手工制造的优势

我国各陶瓷产区都有自己的生产模式，依靠传统手工生产的陶瓷制品具有独一无二的特性，因生产效率低且无法做到批量化生产，难以满足市场需求.目前，陶瓷石膏模具成型工艺已经成为行业内主要的成型手段.模具能够赋予陶瓷造型更多的可能性，并且可以反复利用模具进行大规模生产，能够极大提高生产效率，产生良好的经济效益.

1.3石膏模具的应用现状

我国是陶瓷生产和消耗大国，无论是日用陶瓷还是其他各类陶瓷品种，都面临需求量大、应用面广、市场空间大的现状.相关数据表明，日用陶瓷生产的石膏模具使用率已经在50%以上.

实践表明，石膏模具是陶瓷工业生产中长期使用的传统模具，具有制作方便、原材料来源广泛、成本低廉、吸水性较好的特点，同时具备质量轻便、可回收再利用、不易污染环境、可以灵活方便地复制清晰棱角线条等优点[1].

根据地域分布特点和开采使用情况，可以看出我国石膏资源主要分布在华东、华南、华北等区域，其中可开采的优质石膏资源含量不超过10%，大部分是普通石膏和硬石膏.因此，合理开采和利用优质的石膏资源，也是学术上探讨和研究的重要方向之一[2].

2 石膏模具在陶瓷成型工艺中的重要价值

在陶瓷成型工艺中，石膏模具创造并产生了重要的价值，包括陶瓷产品的市场价值和消费市场的艺术价值等，这种制造工艺流程中的积极作用已经影响到了生产者、创作者和消费者，可以说石膏模具成是陶瓷型工艺中全产业链的核心所在.

对陶瓷企业生产者而言，石膏模具的应用能帮助企业实现规模化生产获得最大利益；对陶瓷艺术家而言，石膏模具的应用不仅符合自由创作的要求，还能够为其提供充分发挥自我创造力的条件和机会；对社会大众而言，石膏模具的应用使得陶瓷艺术品更加丰富并符合当今大众的艺术审美，带给消费者更多不一样的艺术体验.

2.1 陶瓷成型工艺的发展现状

陶瓷造型工艺指的是利用长方形、圆形、正方形、多面体等基本元素，采用空间造型原理而综合展现出来的陶瓷立体艺术.设计者对于陶瓷器具的情感体现，是按照一定的审美原则，呈现出单体、整体以及系列造型的美感，设计的作品通常能够顺应消费者的生活习惯，因而陶瓷造型设计对于消费者具有审美导向的作用.因此，陶瓷造型承载着设计者、制造者和使用者的综合诉求，反映出人们对于现实生活中细节的关注与热爱.

陶瓷产品应用的领域较多，以日用和陈设两大门类为例，日用陶瓷主要是日常用具，如碗盘、杯子、瓶子等；陈设陶瓷主要用于室内摆设装饰，观赏性和艺术性较强.根据《2020年中国陶瓷行业前景分析报告——产业规模现状与发展动向研究》总结得出的数据表明，中国的日用陶瓷已占全球份额的70%，陈设艺术陶瓷已占全球份额的65%，建筑陶瓷已经占到了全世界总产量的50%.除了江西、佛山、淄博等老产区之外，国内的新兴新建陶瓷产业基地也在蓬勃发展[3].

其中，日用陶瓷所使用的石膏模具普遍存在一些缺点，如强度低、耐磨性差等，直接导致原材料损耗大、成本高等问题.为改变这种困境，诸多企业和相关研究部门进行了大量的试验研究，譬如对于石膏材质的提纯改性等技术，对合成材料模具和填充材料模具进行改良等，这些技术已在河南省禹州市永兴利瓷业有限公司生产的陶瓷观赏器(如图1)、江西省景德镇市红叶陶瓷有限公司生产的日用瓷器中大量运用(如图2)，并在生产中得以验证.

图1 河南省禹州市永兴利瓷业有限公司生产的陶瓷观赏器图2 江西省景德镇市红叶陶瓷有限公司生产的日用瓷器

2.2 石膏模具促进陶瓷成型工艺发展

为了使陶瓷造型设计得以实现生产并投入市场，生产者对原材料和工艺技术的使用都是围绕陶瓷造型本身的功能形式和结构而展开，不仅要考虑生产制作的方便，更要减少不必要的重复操作，降低生产过程中的损耗，提升产品的成品率.模具成型对陶瓷成型工艺特征和艺术价值的影响可以从生活化和艺术化的角度展开研究，设计者应该全面考虑设计意图，从物质技术上保证产品的生产，为陶瓷创作和生产提供新的思路与方法.

石膏模具在制作的过程当中，能够体现出劳动者的审美创作，可以把石膏模具的造型设计定义为一种特殊的符号，一种承载着工艺劳动者设计创作理念的艺术表现形式.石膏模具可以让陶瓷艺术家能够将自己的想法更加有效地融入创作当中，传达其精神和艺术观念，在艺术领域寻求多维度的设计创作与尝试，便于小批量原创陶瓷艺术品的复制与生产.可见，石膏模具能够辅助手工制陶的成型，只要模具足够匹配，往往就能超乎想象地实现原创设计概念的陶瓷表现效果.

诚然，石膏模具并不是传统意义上简单地复制和大批量化地生产加工.石膏模具设计者需要跟陶瓷造型设计师进行充分的沟通，了解陶瓷产品造型的特点和细节要求，对设计图纸进行综合分析，最终完成石膏模具制作流程，保证在日后开模过程中避免失误和损耗.因此，石膏模具的制作是对现代化陶瓷工业发展技术的理解和陶瓷艺术的主观表达.

2.3 石膏模具在陶瓷成型工艺中的应用

目前，采用石膏模具生产的陶瓷成型工艺主要有注浆成型和旋压成型两种方法.注浆成型是把提前调制好的陶瓷泥浆，缓缓注入定制好的石膏模具当中，泥浆水分被石膏模具吸收固化，完成陶瓷产品基本造型的批量生产，如图3所示.目前大型的日用瓷陶瓷厂都是采用自动流水线注浆成型进行大批量产制作.旋压成型是用固定控制的刀板依托石膏模具的形状，旋压出坯体的造型，如盘、碗、杯子等，如图4所示.旋压成型工艺已经被应用到大规模生产流程之中，后续在陶瓷坯体上的刻画和压印等表面装饰工艺，也都是依托石膏模具来进行批量制作.

图3 陶瓷产品注浆成型图4 陶瓷产品旋压成型与印坯

这两种应用石膏模具来制作的陶瓷产品成型方法较为简便，比较容易掌握，所以用来作为认识陶瓷造型形体的初级训练方法.由于各种成型制作的方法不同，对陶瓷造型的形体特点也有较大的区别和影响，因此，不同陶瓷产品的模具成型工艺对造型风格的塑造同样起到非常重要的作用.

随着石膏模具的普及应用，陶瓷成型工艺的竞争力已经转移到了石膏模具的制作上，只有充分掌握石膏模具的成型与制作工艺，才能更好地开展陶瓷产品造型设计，进而服务于陶瓷产业的快速发展.分析研究石膏模具成型工艺的发展、规范，可以对陶瓷产品的设计制造提供新的思路和想法.

3 石膏模具的制作指标及管理

3.1 石膏模具的石膏粉配比参考

石膏模具一般是按照所需要的陶瓷产品器物的形状结构进行定制.比如，对称圆形形体使用车模压制的方法，自由形体一般采用浇注后手工削制的方法或者车制后再削制的复合方法等.石膏模型制作前需要预留约5 mm的余量,即进行注浆时对于模具收缩率的把控.坯体收缩一般分为坯体干燥时收缩和烧成陶瓷后收缩，它根据原产地材料不同而有所差异.在景德镇，一般使用的最后烧成收缩率约为18%.因此，在设计制图以及石膏模型的制作之前，就应该考虑陶瓷烧成后的收缩率，以免烧成后的制品小于设计尺寸，导致最终陶瓷产品的不匹配，造成不必要的损失.

石膏模具在制作的过程中，最为重要的环节就是调配石膏浆.调浆根据制作工艺的不同都有调制比例的要求，譬如车制和削制，车削是机械设计中车床加工的一部分，是工件旋转过程中车刀在平面内做直线或曲线移动的切削加工方式.在石膏模具的制作中，车和削是有区别的，车制的石膏含量要求略高.在做模具翻制时石膏浆的比例有所调整，应考虑到成型后的吸水性和石膏强度.具体调浆的水与石膏比例如表1所示，表中均为常规的配比方式，也可根据所需的黏稠度来调整水和石膏粉的比例.

表1 石膏的调制比例

3.2 石膏模具的性能指标及技术要求

由于国内很多企业的石膏模具使用半水石膏粉，石膏粉与水混合后如果不及时抽真空，很容易形成较大的气孔.目前生产中使用的石膏成分区别较大，性能不稳定，导致制作的石膏模具质量差别较大、可变因素较多及石膏模具大量损坏，对企业生产和产品质量都有很大的影响.随着全社会对陶瓷的需求量不断增加，矿石越来越少，石膏价格将越来越高，企业为了降低成本而不得不牺牲产品质量，这也是石膏产区和企业共同面临的主要难题.

石膏模具需要具有较好的气孔率，由于气孔率决定着模具吸收坯料中水分的能力以及影响模具的强度，所以根据石膏模具的使用条件不同，气孔率的要求亦有区别.模具工作面应该平整、干净，不能被油腻污染，否则制得的生坯表面就会不光洁，甚至出现变形与开裂.对于滚压成型用模，其工作表面不需太光滑，以免发生飞坯与卷坯的现象.石膏模具在使用时，所含水分宜在4%左右，如超过14%时应干燥后再使用.在此，将常见问题和相应的改进措施加以总结，如表2所示.

表2 石膏模具的常见问题和改进措施

3.3 石膏模具的质量管理

3.3.1 石膏模具生产存在的问题在国内陶瓷生产中，企业的制模所用石膏多为半水石膏粉.半水石膏粉在调制浆料时所需水量比较大，气孔率比较高、吮吸力强、渗水性大.石膏模型在注浆或干燥过程中，由于表面缺陷比较多，容易出现物理、化学变化，易使表面受损，因此一般用这种石膏粉制作的模具使用次数约为50～70次，最好的约为80～90次.随着陶瓷工业逐步向机械化与自动化的方向发展，面对石膏模具强度比较低、使用寿命短、质量差等致命弱点，有效提高石膏模具的性能、延长其使用寿命就显得尤为重要.

随着我国日用陶瓷工业的迅速发展，制作日用陶瓷的石膏模具原材料也日趋紧张，石膏矿源质量有所下降，石膏价格不断上涨，而我国日用陶瓷对石膏的需求越来越大，这种供求矛盾造成了日用陶瓷模具质量的下降，增加了陶瓷产品的成本，影响了企业的经济效益.这些供需不平衡的现象，也是石膏模具生产制作过程中的主要障碍.如何提高石膏模型的质量，降低日用陶瓷制作成本，更加科学、有效地利用石膏资源，已经成为行业面临的重要研究课题[4].

3.3.2 石膏模具的管理与养护石膏模具对企业生产至关重要，其质量的优劣对陶瓷制品的质量和产量影响很大.为了保证企业石膏模具的生产品质，对石膏模具的监督管理和养护提出以下三点建议：

(1)加强石膏模具专业人才培养.企业应设置专职检验员检查石膏模具质量，除了对模具内外表面质量进行逐个检验把关和做好相应记录外，还应划分质量问题的归属，便于分清责任、查找分析问题，快速解决石膏模具的质量问题.

(2)石膏原材料的提纯和石膏模具制备.在满足成型吸水率和气孔率的条件下，尽量提高石膏的强度、硬度和光滑度来延长石膏模具的使用寿命，从而提高陶瓷产品质量，控制成本，提高收益.引进抽真空设备可以增强石膏模具的硬度与强度性能.

(3)石膏模具的管理和保护包括很多内容，例如模具的保管、维修、保养，等等.石膏模具在使用前应加以检查，发现残缺要及时进行修补，如果模具已断开，修补时要加铁丝或钢筋使其牢固.需要重视的是，对于辅助石膏模具的金属等其他材料，如果维护保养不妥，特别是金属辅助模具型腔表面和零件配合表面会氧化生锈，无法保证石膏模具的尺寸公差和表面质量，从而影响陶瓷坯体的成型质量.对于存放时间较长的石膏模具和备用模具，要经常检查和定期加油保养，防止使用时出现异常.